CN112814676A - 基于综采工作面煤层三维模型构建的割煤轨迹动态修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于综采工作面煤层三维模型构建的割煤轨迹动态修正方法，其包括1)通过激光扫描仪扫描综采工作面开采场景，构建综采工作面煤层三维模型；2)设置透底雷达探测顶煤厚度数据和底煤厚度数据，构建顶部剩余量三维模型和底部剩余量三维模型并引入到所构建的综采工作面煤层三维模型中，修正综采工作面煤层三维模型；3)解算出采煤机在采煤过程中的实时三维位置，根据修正后的综采工作面煤层三维模型、采煤机的实时三维位置、倾角传感器的测量信息和摇臂尺寸实时修正采煤机滚筒的截割轨迹。本发明中建立的综采工作面煤层三维曲面模与实际煤层情况符合度高，能准确的实时修正煤机滚筒的截割轨迹，提高回采率。

Description

基于综采工作面煤层三维模型构建的割煤轨迹动态修正方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，特别涉及一种采煤机滚筒截割轨迹修正方法。

背景技术

煤矿无人开采是国内外煤炭开采领域共同追求的前沿技术，目前我国大部分综采工作面已经具备了视频远程监控、采煤机记忆截割、液压支架自动找直等功能。在综采工作面已初步形成了基于记忆截割与远程监控及人工干预相结合的智能化开采模式。由于受煤岩界面识别技术尚未突破的制约，目前这种模式只能在煤层结构相对简单的工作面进行开采，在煤层结构复杂的综采工作面(如煤层起伏变化大，存在断层、褶皱、陷落柱等地质构造)，由于受到综采装备无法感知煤层状态信息，极大的限制了煤矿无人化开采的进一步发展。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于综采工作面煤层三维模型构建的割煤轨迹动态修正方法，以解决现有技术中综采装备无法感知煤层状态信息，不能根据煤层情况自动修正采煤机滚筒截割轨迹，提高回采率的技术问题。

本发明基于综采工作面煤层三维模型构建的割煤轨迹动态修正方法，包括步骤：

1)在刮板输送机槽帮外侧的轨道支撑架上设置沿刮板输送机长度方向布置的柔性轨道，设置沿柔性轨道往复运动的移动云台，在移动云台上设置激光扫描仪扫描综采工作面开采场景，通过激光扫描仪的扫描数据和激光扫描仪的绝对位置信息构建综采工作面煤层三维模型，并根据采煤机与激光扫描仪的位置关系得到采煤作业前采煤机在所构建的综采工作面煤层三维模型中的初始位置数据；

2)在液压支架的顶梁前端和底座前端分别设置透底雷达，所述透底雷达沿综采工作面布置若干个形成透底雷达群，通过透底雷达群探测出顶梁上方的顶煤厚度数据和刮板输送机下方的底煤厚度数据，根据顶煤厚度数据构建顶部剩余量三维模型，根据底煤厚度数据构建底部剩余量三维模型，将顶部剩余量三维模型和底部剩余量三维模型引入到所构建的综采工作面煤层三维模型中，采用二次序列规划法对三维模型进行比对，计算出顶部剩余量三维模型与综采工作面煤层三维模型的偏离差异和底部剩余量三维模型与综采工作面煤层三维模型的偏离差异，根据偏离差异修正综采工作面煤层三维模型；

3)在采煤机的机身上设置惯性导航系统测量采煤机采煤工作过程中的角速度和角加速度，在采煤机的牵引部设置编码器测量采煤机的位移增量信息，在采煤机的摇臂上设置倾角传感器测量采煤过程中摇臂的角度信息；根据采煤前采煤机在综采工作面煤层三维模型中的初始位置数据、惯性导航系统测量的角速度和角加速度以及编码器测量的位移增量信息解算出采煤机在采煤过程中的实时三维位置，根据修正后的综采工作面煤层三维模型、采煤机的实时三维位置、倾角传感器的测量信息和摇臂尺寸实时修正采煤机滚筒的截割轨迹。

本发明的有益效果：

本发明基于综采工作面煤层三维模型构建的割煤轨迹动态修正方法，通过对建立并修正综采工作面煤层三维模型，使综采工作面煤层三维曲面模与实际煤层情况符合度高，达到了工作面局部区域绝对透明的效果，从而能更准确的实时修正煤机滚筒的截割轨迹，能提高回采率，有利于煤矿无人化开采的进一步发展。

附图说明

图1为激光扫描仪及透底雷达的布置示意图。

图2为惯性导航系统、编码器及倾角传感器在采煤机上的布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图所示，本实施例基于综采工作面煤层三维模型构建的割煤轨迹动态修正方法，包括步骤：

1)在刮板输送机1槽帮外侧的轨道支撑架2上设置沿刮板输送机长度方向布置的柔性轨道3，设置沿柔性轨道往复运动的移动云台4，在移动云台上设置激光扫描仪5扫描综采工作面开采场景，通过激光扫描仪的扫描数据和激光扫描仪的绝对位置信息构建综采工作面煤层三维模型，并根据采煤机与激光扫描仪的位置关系得到采煤作业前采煤机在所构建的综采工作面煤层三维模型中的初始位置数据。

2)在液压支架的顶梁前端和底座前端分别设置透底雷达6，所述透底雷达沿综采工作面等间距布置若干个形成透底雷达群，通过透底雷达群精确探测出顶梁上方的顶煤厚度数据和刮板输送机下方的底煤厚度数据，根据顶煤厚度数据构建顶部剩余量三维模型，根据底煤厚度数据构建底部剩余量三维模型，将顶部剩余量三维模型和底部剩余量三维模型引入到所构建的综采工作面煤层三维模型中，采用二次序列规划法对三维模型进行比对，计算出顶部剩余量三维模型与综采工作面煤层三维模型的偏离差异和底部剩余量三维模型与综采工作面煤层三维模型的偏离差异，根据偏离差异修正综采工作面煤层三维模型。

3)在采煤机的机身上设置惯性导航系统7测量采煤机采煤工作过程中的角速度和角加速度，在采煤机的牵引部设置编码器8测量采煤机的位移增量信息，在采煤机的摇臂上设置倾角传感器9测量采煤过程中摇臂的角度信息；根据采煤前采煤机在综采工作面煤层三维模型中的初始位置数据、惯性导航系统测量的角速度和角加速度以及编码器测量的位移增量信息解算出采煤机在采煤过程中的实时三维位置，根据修正后的综采工作面煤层三维模型、采煤机的实时三维位置、倾角传感器的测量信息和摇臂尺寸实时修正采煤机滚筒10的截割轨迹。

本实施例中基于综采工作面煤层三维模型构建的割煤轨迹动态修正方法，通过对建立并修正综采工作面煤层三维模型，使综采工作面煤层三维曲面模与实际煤层情况符合度高，达到了工作面局部区域绝对透明的效果，从而能更准确的实时修正煤机滚筒的截割轨迹，能提高回采率，有利于煤矿无人化开采的进一步发展。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.基于综采工作面煤层三维模型构建的割煤轨迹动态修正方法，其特征在于：包括步骤：

1)在刮板输送机槽帮外侧的轨道支撑架上设置沿刮板输送机长度方向布置的柔性轨道，设置沿柔性轨道往复运动的移动云台，在移动云台上设置激光扫描仪扫描综采工作面开采场景，通过激光扫描仪的扫描数据和激光扫描仪的绝对位置信息构建综采工作面煤层三维模型，并根据采煤机与激光扫描仪的位置关系得到采煤作业前采煤机在所构建的综采工作面煤层三维模型中的初始位置数据；

2)在液压支架的顶梁前端和底座前端分别设置透底雷达，所述透底雷达沿综采工作面布置若干个形成透底雷达群，通过透底雷达群探测出顶梁上方的顶煤厚度数据和刮板输送机下方的底煤厚度数据，根据顶煤厚度数据构建顶部剩余量三维模型，根据底煤厚度数据构建底部剩余量三维模型，将顶部剩余量三维模型和底部剩余量三维模型引入到所构建的综采工作面煤层三维模型中，采用二次序列规划法对三维模型进行比对，计算出顶部剩余量三维模型与综采工作面煤层三维模型的偏离差异和底部剩余量三维模型与综采工作面煤层三维模型的偏离差异，根据偏离差异修正综采工作面煤层三维模型；

3)在采煤机的机身上设置惯性导航系统测量采煤机采煤工作过程中的角速度和角加速度，在采煤机的牵引部设置编码器测量采煤机的位移增量信息，在采煤机的摇臂上设置倾角传感器测量采煤过程中摇臂的角度信息；根据采煤前采煤机在综采工作面煤层三维模型中的初始位置数据、惯性导航系统测量的角速度和角加速度以及编码器测量的位移增量信息解算出采煤机在采煤过程中的实时三维位置，根据修正后的综采工作面煤层三维模型、采煤机的实时三维位置、倾角传感器的测量信息和摇臂尺寸实时修正采煤机滚筒的截割轨迹。

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